Stimulation of Glioma-Associated Microglia/Macrophages effector phagocytic synapse towards tumor clearance in glioma

Abstract

Glioblastoma (GBM) es el tumor más agresivo dentro de la clasificación de gliomas y actualmente no tiene cura. Dado que hasta el 30% de las células en GBM son microglia y macrófagos (GAMMs desde ahora, por sus siglas en ingles), decidimos estudiarlos para ayudar en el diseño de posibles futuras inmunoterapias. El primer gran descubrimiento de esta tesis es la presencia de GAMM en las pseudo-empalizadas (PPs, por sus siglas en inglés) in GBM humano. Estas estructuras se cree que pueden contribuir a la capacidad de invasión del tumor, por lo que el papel de los GAMM en este microambiente puede ser crucial. En concreto, describimos que los GAMMs viajan a través de las PPs hacia su foco necrótico, de forma inversa a las células tumorales. Además, los GAMMs parece que ganan persistencia celular, es decir que viajan de forma directa, bajo las condiciones hipóxicas de las PPs y se desplazan de manera haptotáctica, siendo las fibras GFAP+ su sustrato para avanzar. Al llegar al área necrótica, cambian su fenotipo y fagocitan material del tumor, incluyendo fragmentos GFAP+ y núcleos celulares. En segundo lugar, en cultivos celulares hemos inducido la translocación de NF-κB p65 para aumentar la facogitosis de células de glioma (C6) por parte de microglia primaria de rata. Además, por medio de líneas celulares inmortalizadas (BV-2 y GL261) hemos descrito una serie de supuestos pasos que pueden ser importantes en el proceso de fagocitosis, así como la distribución de determinados receptores (CD11b y CD16/32) durante estas etapas. Asimismo, describimos la distribución de Iba-1 en los procesos de interacción fagocítica en modelos animales de glioma. Por último, hemos probado dos estrategias de inmunoterapia en un modelo murino de GBM (ratones C57/BL6 inyectados con células GL261 intracranealmente), descubriendo que estas inmunoterapias tienen efectos distintos: mientras la neutralización de CD47 pareció no ser efectiva, neutralizar SIRP1α parece ser beneficiosa. Así, los animales del grupo denominado CD47 no mostraban un aumento de su supervivencia comparados con los ratones control, incluso mostraban pérdida de peso, indicador de que la terapia pueda producir efectos secundarios sistémicos. Por otro lado, el bloqueo de SIRP permitió el incremento del peso corporal de los animales durante el experimento, y, de hecho, disminuyó el número de células en el centro del tumor incrementando la capacidad fagocítica de los GAMMs en las zonas periféricas de invasión, sin interferir en su capacidad de infiltrar en el tumor. En conclusión, esta tesis contribuye a una mejor comprensión de la función de los GAMMs en GBM y su capacidad fagocítica intrínseca, posiblemente ayudando al desarrollo de nuevas herramientas terapéuticas para luchar contra este tumor.

Glioblastoma (GBM) is the most aggressive form of glioma and currently has no cure. Given that around 30% of the cells within the tumor are microglia/macrophages (glioma- associated microglia/macrophages or GAMM from now on), we decided to study them in order to shed light in possible future immunotherapies. The first discovery during this investigation was the presence of GAMM in pseudopalisades (PPs) of human GBM. These structures are thought to be very important in the contribution of the tumor invasiveness, therefore the knowledge of the role of GAMMs here might be crucial. Particularly, GAMMs were found to be traveling through the PPs towards the necrotic focus, contrasting with the tumor cells. Moreover, the myeloid cells seem to gain cellular persistence with the hypoxic gradient and travel in a haptotactic manner using the gradient of glioma cells as a cue. When they reach the necrotic focus, they shift their phenotype and phagocytose tumor material, including GFAP+ fragments and nuclei. Secondly, by means of cell cultures we achieved to translocate p65 NF-κB and promote phagocytosis of tumor glioma cells (C6) by primary microglia. Moreover, using cell lines (BV-2 and GL261) we described the putative steps of phagocytosis and the distribution of some receptors (CD11b and CD16/32) involved in the process of phagocytosis. Importantly, the distribution of Iba-1 in interacting GAMMs was also defined in the animal models. Finally, we tested two immunotherapy strategies in a immunocompetent GBM animal model (C57/BL6 intracraneally inoculated with GL261 cells), and discovered that both immunotherapies have different outcomes: while CD47 neutralizing antibody seemed to be non-effective, neutralizing SIRP1α had a beneficial outcome. This way, anti-CD47 treated animals did not have any increase on survival rate than control groups; and they showed decreased bodyweight throughout the experiment, suggesting that the therapy had some systemic side effects. On the other hand, blocking SIRP1α allowed the increase of the bodyweight of the animals throughout the experiment, and decreased the cellularity of the tumor core by increasing the phagocytic activity of GAMM at the peripheral area of tumor invasion without interfering in their infiltration capacity. In all, this thesis contributes to a better understanding of the role of GAMMs in GBM and the intrinsic phagocytic capacity they can play, possibly helping in the development of immunotherapeutic tools to fight this fatal tumor.